JP4870831B2 - 塗布作業シミュレーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一つのノズルを備えたスプレー装置を搭載したロボットにより、その動作プログラムに基づいて前記スプレー装置を移動させながらノズルから噴射される噴射物を被塗布部材に塗布する塗布作業のシミュレーションを、ロボットの三次元モデルおよび被塗布部材の三次元モデルを画面上に同時に表示しつつ、実施する塗布作業シミュレーション装置に関する。

ロボットを用いた作業についてロボットの動作を教示する際には、オフラインシミュレーションを用いることが一般的である。オフラインシミュレーション装置では、ロボットの動作のみのシミュレーションが行われるが、ロボットを用いた加工作業などの場合には、その加工結果についてもシミュレーションすることが望まれる。

そのような加工作業の一つは、ロボットのスプレー装置により噴射物を噴射する塗布作業である。このような塗布作業のためのシミュレーション装置は、塗料を噴射物として噴射する場合に広く使用されており、塗料が塗布された範囲および膜厚を算出して、その結果をワークの三次元モデル上に色分け表示している。また、特許文献１に開示されるように、離型剤を噴射物としてダイカスト金型に対して噴射する場合にも塗布作業シミュレーション装置が使用されることがある。

特開２００７−１６０３１３号公報

しかしながら、離型剤を噴射物としてダイカスト金型に対して噴射する場合にシミュレーション装置を使用するのは、以下の理由から困難である。

第一に、離型剤を噴射物としてダイカスト金型に噴射する場合には、離型剤が金型に付着しないので、塗料のように膜厚を評価する意味がない。また、金型を冷却する観点からも、離型剤をダイカスト金型に噴射する場合には、離型剤が塗布された時間が要求される。しかしながら、通常の塗布作業シミュレーション装置は塗布時間を算出できない。

第二に、塗料を噴射物として噴射する場合には、スプレー装置が単一のノズルのみを備えることを前提としている。これに対し、離型剤を噴射物としてダイカスト金型に噴射するスプレー装置は、通常、多数のノズルを備えており、多数のノズルから離型剤を噴射する場合のシミュレーションが困難になる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数のノズルを備えたスプレー装置に対応しつつ、噴射物としての離型剤が塗布された時間を算出することのできる塗布作業シミュレーション装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、少なくとも一つのノズルを備えたスプレー装置を搭載したロボットにより、その動作プログラムに基づいて前記スプレー装置を移動させながら前記ノズルから噴射される噴射物を被塗布部材に塗布する塗布作業のシミュレーションを、前記ロボットの三次元モデルおよび前記被塗布部材の三次元モデルを画面上に同時に表示しつつ、実施する塗布作業シミュレーション装置において、前記スプレー装置に対する前記ノズルの位置、および該ノズルから噴射される噴射物の噴射形状を指定する指定部と、前記噴射物の出力および停止のための指令を含む前記ロボットの動作プログラムを実行して、シミュレーションにより前記ロボットの三次元モデルを動作させ、前記噴射形状の三次元モデルと前記被塗布部材の三次元モデルとの間の干渉箇所を所定時間毎に算出する干渉箇所算出部と、前記被塗布部材の三次元モデルの表面上において、前記干渉箇所算出部により算出された前記干渉箇所のそれぞれにおいて干渉回数を前記所定時間毎に算出する干渉回数算出部と、該干渉回数算出部により算出された干渉回数に前記所定時間を乗算して前記干渉箇所のそれぞれにおける塗布時間を算出する塗布時間算出部と、該塗布時間算出部により算出された塗布時間に応じて前記被塗布部材の三次元モデルの表面を色分けして表示する表示部と、を備えることを特徴とした、塗布作業シミュレーション装置が提供される。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記スプレー装置が噴射物を同時に噴射する複数のノズルを備えており、前記ノズルのそれぞれの噴射形状の三次元モデルを指定部により指定して前記塗布作業のシミュレーションを実施するようにした。

１番目および２番目の発明においては、噴射形状の三次元モデルと前記被塗布部材の三次元モデルとの間の干渉を考慮しているので、複数のノズルを備えたスプレー装置であっても適切なシミュレーションを実施することができ、また、噴射物としての離型剤が塗布された時間を容易に算出できる。

さらに、塗布時間に応じて被塗布部材の三次元モデルの表面に色分けして表示できるので、噴射物が十分に塗布されていない箇所が存在するか否かを目視で容易に確認することができる。その結果、ロボットの教示品質を向上させることができ、また教示時間を短縮することも可能となる。

本発明に基づく塗布作業シミュレーション装置の略図である。 本発明に基づく塗布作業シミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。 スプレー装置、ノズルおよび噴射形状の三次元モデルを示す斜視図である。 噴射形状の三次元モデルとダイカスト金型の三次元モデルとの間の干渉箇所および干渉回数を算出する動作を示すフローチャートである。 或る噴射形状の三次元モデルを示す図である。 或るダイカスト金型の三次元モデルの表面を色分けして表示した状態を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく塗布作業シミュレーション装置の略図である。図１に示されるように、塗布作業シミュレーション装置１０はデジタルコンピュータであり、画面１１と、制御部１２とを主に備えている。

画面１１は、ＣＲＴまたは液晶モニタなどである。図１においては、ノズルを備えたスプレー装置３０の三次元モデルおよびスプレー装置３０を搭載したロボット２０の三次元モデルが表示されている。さらに、画面１１には、被塗布部材、例えばダイカスト金型Ｗの三次元モデルが表示されている。以下、これら三次元モデルを単に、「スプレー装置３０」、「ロボット２０」、「ダイカスト金型Ｗ」等のように省略する場合がある。

また、ロボット２０は、例えば六軸構成の垂直多間接型ロボットである。図１においては、ロボット２０のアーム先端部にスプレー装置３０が搭載されている。また、スプレー装置３０は複数のノズルを備えており、噴射物、例えば離型剤を噴射することができる。

制御部１２には、指定部１９、例えばマウス、キーボードなどが接続されている。指定部１９によって、スプレー装置３０の本体に対するノズルの位置、およびノズルから噴射される離型剤の噴射形状を後述するように指定することができる。

また、制御部１２は、ロボットの動作命令およびスプレー装置３０の駆動命令を含む動作プログラムを記憶する記憶部１７を含んでいる。この記憶部１７には、各種の閾値、データなどを記憶してもよい。

さらに、制御部１２は、動作プログラムに基づいてシミュレーションを実施したときに、離型剤の噴射形状の三次元モデルと、ダイカスト金型Ｗの三次元モデルとの間の干渉箇所を所定時間毎に算出する干渉箇所算出部１３を含んでいる。さらに、制御部１２は、ダイカスト金型Ｗの三次元モデルの表面上において、干渉箇所算出部１３により算出された干渉箇所のそれぞれにおいて干渉回数を算出する干渉回数算出部１４を含んでいる。ここで、「所定時間毎」とは、塗布作業シミュレーション装置１０の所定の制御周期を意味するものとする。

さらに、制御部１２は、干渉回数算出部１４により算出された所定時間毎の干渉回数から塗布時間を算出する塗布時間算出部１５と、算出された塗布時間に応じてダイカスト金型Ｗの三次元モデルの表面を色分けして表示する表示部１６とを含んでいる。

図２は塗布作業シミュレーション装置の動作を示すフローチャートである。以下、図２に基づいて、塗布作業シミュレーション装置１０の動作について説明する。

はじめに、ステップ１０１において、ダイカスト金型Ｗに離型剤を塗布する塗布作業を行うワークセルを画面１１に作成する。ワークセルは、ロボット２０、スプレー装置３０およびダイカスト金型Ｗの三次元モデルから主に構成される。ワークセルにおいては、スプレー装置３０を備えたロボット２０とダイカスト金型Ｗの相対位置は、現実の塗布作業におけるロボット２０およびダイカスト金型Ｗの相対位置と同様である。

次いで、ステップ１０２において、スプレー装置３０のノズルから噴射される離型剤の噴射形状の三次元モデルを指定する。図３は、スプレー装置、ノズルおよび噴射形状の三次元モデルを示す斜視図である。図３に示されるように、スプレー装置３０は複数、例えば四つの同型のノズル３１を備えている。これらノズル３１からは離型剤が円錐状に噴射されるとみなすことができる。

従って、ステップ１０２においては、ノズル３１から噴射される離型剤の最大到達距離Ｌと、この最大到達距離Ｌにおける半径Ｒとを指定部１９により指定する。これにより、高さＬで底面の半径がＲである円錐を、離型剤の噴射形状の三次元モデルとして設定することができる。なお、複数のノズル３１が存在する場合には、ノズル３１毎に最大到達距離Ｌおよび半径Ｒを個別に設定してもよく、複数のノズル３１に対して共通の最大到達距離Ｌおよび半径Ｒを設定してもよい。

ところで、ダイカスト金型Ｗの三次元モデルの表面は、三角形のメッシュとして表現されている。この三角形のメッシュにおいて、全ての辺の長さが十分に小さいものとする。大きい三角形メッシュが存在する場合には、例えば一番長い辺の中心と、その辺の両端の点ではない頂点を結ぶ線分によって二分割することにより、十分に小さくなるまで自動的に分割されるものとする。

再び図２を参照すると、図２のステップ１０３において、記憶部１７に記憶された動作プログラムに基づいて塗布作業シミュレーション装置１０がシミュレーションを実施する。なお、ワークセル上で、ロボット２０の教示プログラムを作成し、教示プログラムに基づいてシミュレーションを実施してもよい。

このようなプログラムは、ロボット２０を移動させる移動命令と、離型剤の出力および停止のためのノズル３１の駆動命令と、これら命令が実施される時間とを含んでいる。塗布作業シミュレーション装置１０がシミュレーションを実施することにより、ロボット２０の位置と、ノズル３１の状態とが取得される。これにより、離型剤が噴射されていたときのノズル３１の位置が所定時間毎に把握できる（ステップ１０４）。

次いで、ステップ１０５において、干渉箇所算出部１３および干渉回数算出部１４は、離型剤の噴射形状の三次元モデルとダイカスト金型Ｗの三次元モデルとの干渉箇所および、干渉箇所毎の干渉回数を所定時間毎にそれぞれ算出する。図４は噴射形状の三次元モデルとダイカスト金型の三次元モデルとの間の干渉箇所および干渉回数を算出する動作を示すフローチャートであり、以下、図４を参照して干渉箇所などの算出について具体的に説明する。

はじめに、ステップ２０１において、ロボット２０をワークセル上で移動させ、離型剤が噴射されていたときの各ノズル位置に噴射形状の三次元モデルを配置する。次いで、ステップ２０２において、干渉箇所算出部１３は、ダイカスト金型Ｗの三次元モデルを構成する全ての三角形メッシュについて、噴射形状の三次元モデルに対する干渉チェックを行う。そして、噴射形状の三次元モデルに干渉する、ダイカスト金型Ｗの三角形メッシュをマーク付けする。

図５は、或る噴射形状の三次元モデルを示す図である。図５には、マーク付けされた一つの三角形メッシュＭ１が示されている。ステップ２０３では、図５に示されるように、三角形メッシュＭ１の中心位置とノズル３１とを結ぶ線分Ａを求める。この線分Ａは、ノズル３１から噴射された離型剤が、この三角形メッシュＭ１の箇所に到達するまで飛翔した軌跡を表す。

次いで、ステップ２０４において、線分Ａと、マーク付けされた他の三角形メッシュ、例えば三角形メッシュＭ２との間で干渉チェックを行う。そして、三角形メッシュＭ１と他の三角形メッシュＭ２との間に干渉が発生している場合は、三角形メッシュＭ１は他の三角形メッシュＭ２に隠れているために、離型剤は実際には三角形メッシュＭ１に塗布されなかったと判断できる。このため、三角形メッシュＭ１のマーク付けを解除して除外する（ステップ２０５）。

これに対し、三角形メッシュＭ１が、他の三角形メッシュ、例えば三角形メッシュＭ２に干渉していなかったと判断された場合には、干渉箇所算出部１３によりその三角形メッシュＭ１は干渉箇所であると判断される。そして、干渉回数算出部１４が干渉回数Ｎのカウンタに「１」を加算する。次いで、ステップ２０７において、三角形メッシュＭ１についての干渉判断が他の全ての三角形メッシュに対して行われたかを判定し、他の全ての三角形メッシュについて干渉判断が行われるまで、ステップ２０４〜ステップ２０７の処理を繰返す。このような動作は、離型剤が噴射されていたときの所定時間毎に繰返し行われるものとする。このようにして、或る動作プログラムにおいて、干渉箇所毎（三角形メッシュ毎）の干渉回数Ｎが確定する。

再び図２を参照すると、ステップ１０６において、塗布時間算出部１５は、干渉回数Ｎに所定時間を乗算して、離型剤が塗布された塗布時間Ｔを干渉箇所毎に算出する。前述したように、離型剤を噴射する際には膜厚評価は意味がなく、ダイカスト金型Ｗを冷却する観点からも、離型剤をダイカスト金型Ｗに噴射する場合には塗布時間Ｔを算出することは重要である。

その後、ステップ１０７に進んで、干渉箇所毎に塗布時間Ｔに応じてダイカスト金型Ｗの三次元モデルに色が選択され、表示部１６によって画面１１におけるダイカスト金型Ｗの三次元モデルに着色される。図６はダイカスト金型の三次元モデルの表面を色分けして表示した状態を示す図である。図６に示されるように、通常は、塗布時間Ｔが長いほど、濃い色が選択されるものとする。従って、離型剤の塗布時間Ｔに応じて段階的に色を変えることによって、離型剤が塗布された範囲と、塗布時間Ｔとを同時に表示することができる。

このようにして、本発明においては、噴射形状の三次元モデルを作成し、噴射形状の三次元モデルとダイカスト金型Ｗの三次元モデルとの間の干渉を考慮している。このため、数のノズルを備えたスプレー装置の場合には、複数の噴射形状の三次元モデルを配置し、それにより、適切なシミュレーションを実施することができる。さらに、離型剤が塗布された塗布時間を容易に算出でき、ダイカスト金型に離型剤を塗布する場合にその有効性を判断することができる。

さらに、本発明では、塗布時間に応じて被塗布部材の三次元モデルの表面に色分けして表示できるので、噴射物が十分に塗布されていない箇所が存在するか否かを短時間で目視で容易に確認することができる。その結果、ロボットの教示品質を向上させることができ、また教示時間を短縮できることが理解されるであろう。

１０ 塗布作業シミュレーション装置
１１ 画面
１２ 制御部
１３ 干渉箇所算出部
１４ 干渉回数算出部
１５ 塗布時間算出部
１６ 表示部
１７ 記憶部
１９ 指定部
２０ ロボット
３０ スプレー装置
３１ ノズル

Claims (2)

1. 少なくとも一つのノズルを備えたスプレー装置を搭載したロボットにより、その動作プログラムに基づいて前記スプレー装置を移動させながら前記ノズルから噴射される噴射物を被塗布部材に塗布する塗布作業のシミュレーションを、前記ロボットの三次元モデルおよび前記被塗布部材の三次元モデルを画面上に同時に表示しつつ、実施する塗布作業シミュレーション装置において、
   前記スプレー装置に対する前記ノズルの位置、および該ノズルから噴射される噴射物の噴射形状を指定する指定部と、
   前記噴射物の出力および停止のための指令を含む前記ロボットの動作プログラムを実行して、シミュレーションにより前記ロボットの三次元モデルを動作させ、前記噴射形状の三次元モデルと前記被塗布部材の三次元モデルとの間の干渉箇所を所定時間毎に算出する干渉箇所算出部と、
   前記被塗布部材の三次元モデルの表面上において、前記干渉箇所算出部により算出された前記干渉箇所のそれぞれにおいて干渉回数を前記所定時間毎に算出する干渉回数算出部と、
   該干渉回数算出部により算出された干渉回数に前記所定時間を乗算して前記干渉箇所のそれぞれにおける塗布時間を算出する塗布時間算出部と、
   該塗布時間算出部により算出された塗布時間に応じて前記被塗布部材の三次元モデルの表面を色分けして表示する表示部と、を備えることを特徴とした、塗布作業シミュレーション装置。
2. 前記スプレー装置が噴射物を同時に噴射する複数のノズルを備えており、前記ノズルのそれぞれの噴射形状の三次元モデルを指定部により指定して前記塗布作業のシミュレーションを実施するようにした、請求項１に記載の塗布作業シミュレーション装置。

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